一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置制造方法
【專利摘要】一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，屬于風(fēng)電場中的儲能領(lǐng)域。解決了目前并網(wǎng)風(fēng)電場所采用的分散式的儲能裝置運(yùn)行維護(hù)量大的問題。它包括電抗器組、電壓源型變流器、1號電容C、1號功率開關(guān)、2號功率開關(guān)、電感、1號二極管、2號二極管和電容器組，電抗器組的三相輸入端通過變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場輸出母線連接，電抗器組的三相輸出端與電壓源型變流器的交流側(cè)連接，電壓源型變流器的直流側(cè)與1號電容C并聯(lián)，1號二極管和2號二極管串聯(lián)后與1號功率開關(guān)和2號功率開關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)，電容器組通過電感與1號功率開關(guān)和2號功率開關(guān)的相交點(diǎn)連接。本實(shí)用新型主要對風(fēng)電場進(jìn)行集中儲能。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于風(fēng)電場中的儲能領(lǐng)域。 -種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國內(nèi)外研究和使用的配套安裝在風(fēng)電場的超級電容器儲能裝置都是采用分 散儲能的方式，即在每臺風(fēng)電機(jī)組出口的箱變低壓側(cè)加裝超級電容器儲存風(fēng)電場輸出過剩 的電能。這種分散的儲能裝置需要分別為每臺超級電容器儲能裝置配置整流和直流變換裝 置，配置費(fèi)用較高。安裝分散儲能裝置的風(fēng)電場在單臺風(fēng)電機(jī)的停運(yùn)或檢修時(shí)儲能系統(tǒng)需 要退出運(yùn)行，造成了不必要的繁瑣和麻煩。另外，這種分散儲能方式需要分別統(tǒng)計(jì)每臺儲能 系統(tǒng)的運(yùn)行情況，需要風(fēng)電場運(yùn)維人員進(jìn)行大量的分散的運(yùn)行維護(hù)工作，導(dǎo)致了風(fēng)電場運(yùn) 行維護(hù)量增大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的增加。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型是為了解決目前并網(wǎng)風(fēng)電場所采用的分散式的儲能裝置運(yùn)行維護(hù)量 大的問題，本實(shí)用新型提供了一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置。
[0004] 一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，它包括電抗器組、電壓源型變 流器、1號電容C、1號功率開關(guān)、2號功率開關(guān)、電感、1號二極管、2號二極管和電容器組，
[0005] 所述的電壓源型變流器包括6個功率開關(guān)，該6個功率開關(guān)分別為3號功率開關(guān)、 4號功率開關(guān)、5號功率開關(guān)、6號功率開關(guān)、7號功率開關(guān)和8號功率開關(guān)，
[0006] 電抗器組的三相輸入端通過變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場輸出母線連接，電抗器組的三相 輸出端分別與3號功率開關(guān)功率信號輸出端、4號功率開關(guān)功率信號輸出端和5號功率開關(guān) 功率信號輸出端連接，
[0007] 3號功率開關(guān)功率信號輸入端同時(shí)與4號功率開關(guān)功率信號輸入端、5號功率開關(guān) 功率信號輸入端、1號電容C的一端、1號功率開關(guān)的功率信號輸入端和1號二極管的陰極 連接，
[0008] 6號功率開關(guān)的功率信號輸出端同時(shí)與7號功率開關(guān)的功率信號輸出端、8號功率 開關(guān)的功率信號輸出端、1號電容C的另一端、2號功率開關(guān)的功率信號輸出端、2號二極管 的陽極和電容器組的一端連接，
[0009] 3號功率開關(guān)功率信號輸出端與6號功率開關(guān)的功率信號輸入端連接，
[0010] 4號功率開關(guān)功率信號輸出端與7號功率開關(guān)的功率信號輸入端連接，
[0011] 5號功率開關(guān)功率信號輸出端與8號功率開關(guān)的功率信號輸入端連接，
[0012] 1號功率開關(guān)的功率信號輸出端同時(shí)與2號功率開關(guān)的功率信號輸入端和電感的 一端連接，電感的另一端與電容器組的另一端連接。
[0013] 所述的電容器組由多個子電容器組并聯(lián)組成，且每個子電容器組由多個電容器串 聯(lián)組成。
[0014] 所述的1號功率開關(guān)和2號功率開關(guān)均為絕緣柵雙極型晶體管。
[0015] 所述的3號功率開關(guān)、4號功率開關(guān)、5號功率開關(guān)、6號功率開關(guān)、7號功率開關(guān)和 8號功率開關(guān)均為絕緣柵雙極型晶體管。
[0016] 1號電容C為電壓源型變流器提供電壓支撐并緩沖各個橋臂關(guān)斷時(shí)的沖擊電流， 減小直流側(cè)諧波。
[0017] 電容器組在充放電過程中其端電壓發(fā)生變化，加入1號功率開關(guān)和2號功率開關(guān) 解決電容器組端電壓波動問題，為直流母線提供平穩(wěn)電壓，從而使得電壓源型變流器工作 在持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)。從圖1中可以看到，電壓源型變流器做為本實(shí)用新型的整流裝置由6個 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)構(gòu)成，當(dāng)電容器組充電時(shí)，通過1號功率開關(guān)構(gòu)成的降壓斬波 電路完成。當(dāng)需要釋放電容器組中儲存的電能為直流設(shè)備供電時(shí)，通過2號功率開關(guān)構(gòu)成 的升壓斬波電路將電容器組端電壓升至需要的直流電壓，并保持在規(guī)定的電壓值附近。1號 二極管和2號二極管用來保護(hù)電容器組，防止電容器組反向充電。
[0018] 風(fēng)電場的功率流動可由下面公式表示：乂 1: - ^ 5，
[Qe = Q w -q<,
[0019] 式中匕和QE為本實(shí)用新型所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝 置吸收的有功和無功功率，P w和Qw為風(fēng)電場輸出的有功和無功功率，Pe和Qe為注入電網(wǎng)的 有功和無功功率。
[0020] 本實(shí)用新型帶來的有益效果是，采用本實(shí)用新型所述的一種基于超級電容器的并 網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置在并網(wǎng)風(fēng)電場輸出母線上集中儲能，解決傳統(tǒng)分散儲能的不足，通 過集中儲能可以實(shí)現(xiàn)整體風(fēng)電場輸出過剩電能的儲存，在配置上只需要配置一臺整流和直 流變換裝置，減少了大量的設(shè)備配置費(fèi)用。在運(yùn)行維護(hù)上只需要對一臺集中儲能裝置進(jìn)行 維護(hù)工作，大量減少的運(yùn)行維護(hù)量，降低了運(yùn)行維護(hù)成本。另外本實(shí)用新型所述的一種基于 超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置儲存的電能也可以為風(fēng)電場中的直流設(shè)備供電。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1為本實(shí)用新型所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置的原 理示意圖；
[0022] 如圖2為裝設(shè)本實(shí)用新型所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝 置的風(fēng)電場結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0023] 一：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于超級電 容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，它包括電抗器組L、電壓源型變流器1、1號電容C、1號功 率開關(guān)Sp2號功率開關(guān)S 2、電感Ll、l號二極管VDp2號二極管VD2和電容器組2，
[0024] 所述的電壓源型變流器1包括6個功率開關(guān)，該6個功率開關(guān)分別為3號功率開 關(guān)S3、4號功率開關(guān)S 4、5號功率開關(guān)S5、6號功率開關(guān)S6、7號功率開關(guān)S7和8號功率開關(guān) S8，
[0025] 電抗器組L的三相輸入端通過變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場輸出母線連接，電抗器組L的 三相輸出端分別與3號功率開關(guān)S 3功率信號輸出端、4號功率開關(guān)S4功率信號輸出端和5 號功率開關(guān)S5功率信號輸出端連接，
[0026] 3號功率開關(guān)S3功率信號輸入端同時(shí)與4號功率開關(guān)S4功率信號輸入端、5號功 率開關(guān)S 5功率信號輸入端、1號電容C的一端、1號功率開關(guān)Si的功率信號輸入端和1號二 極管VDi的陰極連接，
[0027] 6號功率開關(guān)S6的功率信號輸出端同時(shí)與7號功率開關(guān)S7的功率信號輸出端、8號 功率開關(guān)S 8的功率信號輸出端、1號電容C的另一端、2號功率開關(guān)S2的功率信號輸出端、 2號二極管VD 2的陽極和電容器組2的一端連接，
[0028] 3號功率開關(guān)S3功率信號輸出端與6號功率開關(guān)S6的功率信號輸入端連接，
[0029] 4號功率開關(guān)S4功率信號輸出端與7號功率開關(guān)S7的功率信號輸入端連接，
[0030] 5號功率開關(guān)S5功率信號輸出端與8號功率開關(guān)S8的功率信號輸入端連接，
[0031] 1號功率開關(guān)Si的功率信號輸出端同時(shí)與2號功率開關(guān)S2的功率信號輸入端和 電感L1的一端連接，電感L1的另一端與電容器組2的另一端連接。
【具體實(shí)施方式】 [0032] 二：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一所述 的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置的區(qū)別在于，所述的電容器組2由多個 子電容器組并聯(lián)組成，且每個子電容器組由多個電容器串聯(lián)組成。
[0033] 以某實(shí)際一期含12臺雙饋風(fēng)電機(jī)組DFIG的風(fēng)電場為例，其單機(jī)容量為2. 5MW，機(jī) 端電壓為〇. 69kV，將本實(shí)用新型所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置通 過變壓器安裝在并網(wǎng)風(fēng)電場公共連接點(diǎn)PCC處，如圖2為裝設(shè)本實(shí)用新型所述的一種基于 超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置的超級電容器儲能裝置的風(fēng)電場結(jié)構(gòu)圖。該風(fēng)電的 總裝機(jī)容量為30MW，通過計(jì)算選擇電容器單體容量為3000F，額定電壓2. 7V，串聯(lián)等效電阻 為0. 045m Ω，將4500個電容器單體配置成以150個電容器單體串聯(lián)成為一串，共30串并聯(lián) 形成電容器組，最大可儲存2麗的風(fēng)電場過剩電能，同時(shí)可以為風(fēng)電場中的直流設(shè)備提供 直流電源。
[0034]
【具體實(shí)施方式】三：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二 所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置的區(qū)別在于，所述的1號功率開關(guān) Si和2號功率開關(guān)S2均為絕緣柵雙極型晶體管。
【具體實(shí)施方式】 [0035] 四：參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一或二 所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置的區(qū)別在于，所述的3號功率開關(guān) S3、4號功率開關(guān)S4、5號功率開關(guān)S5、6號功率開關(guān)S6、7號功率開關(guān)S 7和8號功率開關(guān)S8 均為絕緣柵雙極型晶體管。
[0036] 采用本實(shí)用新型所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置吸收風(fēng) 電場過剩的電能，采用集中配置儲能系統(tǒng)方式，不需要改變并網(wǎng)風(fēng)電場的原有配置方式，僅 需要在并網(wǎng)風(fēng)電場輸出母線上或風(fēng)電場群的入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處加裝本實(shí)用新型所述的一種基于 超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，該儲能裝置的維護(hù)和管理方便，整體的可靠性較 高。這種配置方式解決了以往因分散配置而導(dǎo)致的單臺風(fēng)電機(jī)的停運(yùn)或檢修時(shí)儲能系統(tǒng)需 要退出運(yùn)行的繁瑣和效率低的問題，同時(shí)減少了設(shè)備配置成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，其特征在于，它包括電抗器組 (L)、電壓源型變流器（1)、1號電容C、1號功率開關(guān)（SJ、2號功率開關(guān)（S 2)、電感（Ll)、l號 二極管（VDi)、2號二極管（VD2)和電容器組（2)， 所述的電壓源型變流器（1)包括6個功率開關(guān)，該6個功率開關(guān)分別為3號功率開關(guān) (S3)、4號功率開關(guān)（S4)、5號功率開關(guān)（S5)、6號功率開關(guān)（S 6)、7號功率開關(guān)（S7)和8號功 率開關(guān)（S8)， 電抗器組（L)的三相輸入端通過變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場輸出母線連接，電抗器組（L)的 三相輸出端分別與3號功率開關(guān)（S3)功率信號輸出端、4號功率開關(guān)（S4)功率信號輸出端 和5號功率開關(guān)（S 5)功率信號輸出端連接， 3號功率開關(guān)（S3)功率信號輸入端同時(shí)與4號功率開關(guān)（S4)功率信號輸入端、5號功 率開關(guān)（S5)功率信號輸入端、1號電容C的一端、1號功率開關(guān)（SJ的功率信號輸入端和1 號二極管（VDD的陰極連接， 6號功率開關(guān)（S6)的功率信號輸出端同時(shí)與7號功率開關(guān)（S7)的功率信號輸出端、8 號功率開關(guān)（S8)的功率信號輸出端、1號電容C的另一端、2號功率開關(guān)（S2)的功率信號輸 出端、2號二極管（VD 2)的陽極和電容器組（2)的一端連接， 3號功率開關(guān)（S3)功率信號輸出端與6號功率開關(guān)（S6)的功率信號輸入端連接， 4號功率開關(guān)（S4)功率信號輸出端與7號功率開關(guān)（S7)的功率信號輸入端連接， 5號功率開關(guān)（S5)功率信號輸出端與8號功率開關(guān)（S8)的功率信號輸入端連接， 1號功率開關(guān)（S^的功率信號輸出端同時(shí)與2號功率開關(guān)（S2)的功率信號輸入端和 電感（L1)的一端連接，電感（L1)的另一端與電容器組（2)的另一端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，其特征在 于，所述的電容器組（2)由多個子電容器組并聯(lián)組成，且每個子電容器組由多個電容器串 聯(lián)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，其特 征在于，所述的1號功率開關(guān)（SD和2號功率開關(guān)（S 2)均為絕緣柵雙極型晶體管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于超級電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場集中儲能裝置，其 特征在于，所述的3號功率開關(guān)（S3)、4號功率開關(guān)（S 4)、5號功率開關(guān)（S5)、6號功率開關(guān) (S6)、7號功率開關(guān)（S 7)和8號功率開關(guān)（S8)均為絕緣柵雙極型晶體管。
【文檔編號】H02J3/28GK203850848SQ201420287295
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉金龍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司